Forschung & Entwicklung

Aktuell laufende Forschungsprojekte:

"Produkt- und Verfahrensentwicklung zur Planung und Realisierung kompletter Gebäude verschiedener Nutzungsarten mittels energieeffizienter teilweise energieautarker Leichtbaulösungen" - ENSECO

 

Ziel des internationalen FuE-Verbundvorhabens ist die wissenschaftlich-technische Entwicklung von Lösungen für die Vorbereitung und Realisierung energieeffizienter Leichtbaugebäude für unterschiedliche Nutzungsarten.

 

Hierfür werden Lösungen für schnell errichtbare und modular erweiterbare energieeffiziente kostengünstige Gebäudelösungen auf Containerbasis entwickelt und erprobt. Der Fokus der Entwicklung liegt auf der Entwicklung modular an Nutzerprofile adaptiv anpassbarer und erweiterungsfähiger Leichtbaugebäude auf Containerbasis mit hoher Energieeffizienz durch die Integration und intelligente Steuerung und Verwertung regenerativer Energien sowie auf der Verbesserung der bauphysikalischen Eigenschaften der Leichtbaugebäude, d. h. Verbesserung der Gebäudeisolation (Einsatz hochwärmedämmender Materialien) sowie Verbesserung der Wärmespeicherung (Einsatz Latentwärmespeicher) für die Gewährleistung eines hohen Nutzerkomforts.

Für die Entwicklung teilweiser energieautarker Leichtbaugebäude werden folgende Maßnahmen für die Verbesserung der Bauphysik und Energieeffizienz untersucht:

- aktive Maßnahmen:

  • Entwicklung von energetischen Konzepten zur Erfüllung der nutzerprofilabhängigen energetischen Anforderungen
  • Entwicklung von Lösungen für die Gewinnung elektrischer und thermischer Energie mittel PV, ST, PVT, Windenergie, Geothermie durch nutzerprofilbezogene containerbau-angepasste Teilsysteme

- passive Maßnahmen:

  • Entwicklung von Konzepten zur Hochwärmedämmung durch Einsatz innovativer Wärmedämmwerkstoffe und -Systeme (Verringerung der Energieverluste und geringere energetische Aufwendungen)
  • Entwicklung von Konzepten zur Verbesserung der Wärmespeicherung
  • Erprobung der Konzepte durch Demonstratorenbau und –beprobung

Die Bearbeitung des FuE-Vorhabens erfolgt durch das Projektkonsortium:

Konzeptentwicklung energieeffizienter teilweise energieautarker Leichtbaulösungen:

Konzepte: Einfamilienhaus                                  Schule                                     Bürogebäude

Entwicklung innovativer Baugruppen mir verbesserten bauphysikalischen Eigenschaften (Wärmedämmung und -speicherung):

   Innovative Bodenbaugruppe         Innovative Wandbaugruppe

Gefördert durch:

„Produkt- und Verfahrensentwicklung zur industriellen Fertigung smarter, nachhaltiger, modularer Leichtbaugebäude mit hohem Vorfertigungsgrad, hoher Energieeffizienz und hohem Nutzerkomfort“ - SmartModuLe

 

Gesamtziel des Vorhabens ist die Entwicklung smarter, nachhaltiger, modularer Leichtbaugebäude auf Containerbasis mit hohem Vorfertigungsgrad, hoher Energieeffizienz und hohem Nutzerkomfort als Wohn- und Nutzgebäude bei gleichzeitig gutem Preis- Leistungsverhältnis.

 

Die Ausgangssituation am Markt ist gekennzeichnet durch die nationale und internationale Forderung nach weiterer signifikanter Verbesserung der Energieeffizienz von Gebäuden und dem dringenden nationalen und internationalen Erfordernis der Schaffung kostengünstigen und schnell bereitstellbaren Wohnraumes sowie von Nutzgebäuden wie beispielsweise Schulen, Krankenhäusern und Bürogebäuden.

 

Der modulare Leichtbau stellt in diesem Zusammenhang eine Schlüsseltechnologie zur Realisierung hoher wirtschaftlicher Potentiale mit kurzfristiger Kapazitätsanpassung, Ressourcenschutz und Material-, Energie- und Kosteneffizienz im Gebäudesektor dar.

 

Die mit dem Projekt beabsichtigte Produktentwicklung besteht in der Entwicklung energieeffizienter, kostengünstiger, modularer und komfortabler Leichtbaugebäude auf Containerbasis mit smarter Gebäudeautomation sowie der dafür erforderlichen technologischen Verfahrensentwicklung für die effiziente industrielle Vorfertigung.

 

Um die prinzipbedingten Vorteile containerbasierter modularer Leichtbaugebäude optimal nutzen zu können und möglichst schnell höhere Marktanteile zu erringen, ist eine Kombination von hochwertigem und individuellem Erscheinungsbild, sehr guter Energieeffizienz und hohem Wohnkomfort einerseits und möglichst niedrigen Kosten bzw. hervorragendem Preis-Leistungs-Verhältnis andererseits zwingend erforderlich und ist damit eine Zielvorgabe im Projekt.

 

Die Bauphysik marktgängiger Leichtbaugebäude bedingt hohen Energiekonsum für die Klimatisierung. Die Verbesserung bauphysikalischer Eigenschaften, die Entwicklung innovativer smarter Systeme für die technische Gebäudeausrüstung, die Einbindung erneuerbarer Energien und die nutzer- und situationsgerechte Regelung der Energieströme sind beabsichtigte technisch-technologische Entwicklungen im Verbundprojekt.

 

Um die Fertigungskosten trotz der geplanten komfortsteigernden Maßnahmen auf niedrigem Niveau zu halten, sind im Projekt neuartige Fertigungstechnologien für die effiziente industrielle Vorfertigung der containerbasierten modularen Leichtbaugebäude sowie technisch innovative Systemelemente mit hoher Bauteiluniformität zu entwickeln.

 

Die Bearbeitung des FuE - Vorhabens erfolgt durch das Projektkonsortium:

 

Beispiele für modulare containerbasierte Leichtbaugebäude zum Wohnen (v.l.n.r.): Homefly - Comma GmbH, Steel Container Homes - India Mart, Tiny House - Claudie Dubreuil

Gefördert durch:

"Advanced, Efficient and Green Intermodal Systems" - AEGIS

 

Dieses internationale Verbundprojekt entwickelt neue und wettbewerbsfähigere Systeme für den Transport auf europäischen Wasserwegen.

 

Binnen- und Kurzstreckenseeschiffe und ihre Häfen sind kritische Teile des europäischen Transportsystems und nehmen durch strengere Anforderungen an die Dekarbonisierung und die Reduzierung von Lärm und Verschmutzung durch die EU an Bedeutung zu. Der Komfort und die Flexibilität des Straßentransports neigen jedoch immer noch dazu, Nachhaltigkeitsziele als nachrangig anzusehen. Das AEGIS-Projekt wird zeigen, dass autonome Schiffe und die Automatisierung in Häfen den Transport auf dem Wasser wesentlich flexibler und benutzerfreundlicher machen und gleichzeitig die Umweltauswirkungen des EU-Verkehrs weiter verringern können.

 

Kleine Schiffe und Binnenschiffe können Straßen entlasten, die Lärm- und Staubbelastung reduzieren und gleichzeitig mit Batterien oder anderen kohlenstofffreien Kraftstoffen betrieben werden. Durch die Automatisierung von Häfen und Terminals, deren Nutzung und die Integration von kleineren Schiffen in den Schiffsverkehr über größere Entfernungen, kann ein völlig neues europäisches Transportsystem entwickelt werden.

 

Ein flexiblerer und nutzerorientierter Verkehr, bessere Dienstleistungen für sowohl ländliche als auch städtische Gebiete und eine Revitalisierung der regionalen Häfen und Stadtterminals sind das Ziel.

 

Die drei AEGIS-Anwendungsfälle befinden sich in Nordeuropa und stellen typische intereuropäische Transporte dar, die an lokale Distributionssysteme angebunden werden müssen.

Anwendungsfälle

Fall A untersucht den Einsatz kleiner Frachtshuttles, um Küsten-Containerschiffe mit ländlichen und städtischen Zielen in der Region zu verbinden. Dies spart Zeit für die größeren Schiffe und erhöht die Flexibilität und Frequenz der Shuttles. Fall B entwickelt eine Verbindung des RORO-Kurzstreckenseeverkehrs in den Benelux-Staaten mit den dortigen Binnenwasserstraßen. Fall C untersucht, wie bestehende kleine und mittelgroße Häfen die Automatisierung nutzen können, um den Umschlag von Gütern von Lastwagen auf See zu erleichtern.

 

In allen Fällen ist der automatisierte Umschlag ein wichtiger Faktor. Das Konsortium entwickelt neue Lösungen für den Güterumschlag in Häfen und auf Schiffen in Kombination mit entsprechenden Lösungen für die digitale Integration und Automatisierung.

 

Die Forschungspartner sind neben dem Institut für Strukturleichtbau und Energieeffizienz GmbH (ISE), die Technische Universität von Dänemark (DTU), die Universität Aalborg und SINTEF Ocean.

 

Als Leiter des Arbeitspaketes „fortschrittliche grüne Schiffskonzepte“ werden anforderungsgerechte Schiffskonzepte für die jeweiligen Anwendungsfälle konzipiert und entwickelt. Hierzu greift das Institut auf langjährige Erfahrung aus mehreren erfolgreich abgeschlossen maritimen Projekten zurück.

 

Das ISE baut mit diesem Projekt seine Kompetenzen auf dem Gebiet innovativer Logistiksysteme im Zusammenhang mit der Entwicklung neuartiger umweltfreundlich angetriebenen Schiffe als Grundlage für die gemeinsame Entwicklung von Schiffskonzepten zu Demonstratoren und Prototypen mit mittelständischen europäischen KMU weiter aus. Neben der Schiffskonzipierung wirkt das Institut durch sein Know-How im Bereich Leichtbau und Handlingsysteme an weiteren Arbeitspaketen maßgeblich mit.

 

Das AEGIS-Konsortium besteht aus 12 hochqualifizierten Partnern aus 4 Ländern: Norwegen, Dänemark, Finnland und Deutschland. Das drei Jahre laufende Projekt wird von SINTEF Ocean in Norwegen koordiniert und beginnt am 1. Juni 2020.

 

AEGIS ist ein Forschungs- und Innovationsprojekt mit einer Gesamtfinanzierung von 7,5 M€ von der Europäischen Union. Forschungs- und Innovationsprogramm Horizont 2020 im Rahmen der Finanzhilfevereinbarung Nr. 859992.

 

Gefördert durch:

"Produkt- und Verfahrensentwicklung eines innovativen offenzelligen PUR-Schaumes, neuer superleichter hochdämmender kostengünstiger Vakuumisolationselemente und Entwicklung von Lösungen für ausgewählte Anwendungsfälle für Bauwesen und Kühllogistik" - OPUS

 

Gesamtziel des Vorhabens ist die Entwicklung eines innovativen offenzelligen PUR-Schaumes für die Entwicklung leichter, neuer, hochdämmender Vakuumisolationspaneele und hochgedämmter Anwendungsfälle.

 

Hierfür entwickelt ISE das Gesamtkonzept sowie Anwendungsfälle aus dem Bereich Bauwesen, z. B. in Form einer vorgehängten, nicht hinterlüfteten Fassade. Das ZAE Bayern entwickelt und beprobt PUR-Schaumstrukturen sowie die damit gefertigten VIP unter Berücksichtigung der spezifischen Anforderungen der vorgesehenen innovativen Anwendungsfälle. Der Schaumhersteller Mosy entwickelt den innovativen, hochporösen, offenzelligen PUR-Schaum als Stützkernmaterial für die vom Projektpartner Vaku-Isotherm zu entwickelnde Fertigungstechnologie zur Herstellung hochdämmender, leichter, kostengünstiger Vakuumisolationspaneele. Das Unternehmen EcoCool entwickelt mit Hilfe der OPUS-VIP leichte, hochdämmende, energieeffiziente Thermoboxen für temperaturempfindliche Güter.

 

Das zu entwickelnde OPUS-VIP zeichnet sich gegenüber dem Stand der Technik durch eine geringe Dichte von ca. 120 kg/m³, eine geringe Wärmeleitfähigkeit von ca. 4 mW/mK und eine Lebensdauer von ca. 20 Jahren aus. Die zu entwickelnden Anwendungsfälle ermöglichen leichte hochdämmende Lösungen.

Abb.: Teilschritte der VIP-Herstellung aus offenzelligem PUR-Schaum (Fotos: Vaku-Isotherm GmbH)

Gefördert durch:

„Produkt- und Verfahrensentwicklung zur Herstellung und Anwendung nachhaltiger und kostengünstiger hochwärmedämmender vakuumisolierter Bauelemente unter Verwendung innovativer Filterasche-Stützkerne im Bauwesen und Apparatebau“ – FA-VIP

 

Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung innovativer nachhaltiger kostengünstiger hochdämmender Vakuum-Dämmelemente mittels des Einsatzes von Filterasche als Stützkernmaterial sowie der Entwicklung innovativer hochdämmender Bauelemente unter Anwendung der zu entwickelnden Vakuumdämmelemente in ausgewählten Anwendungsfällen aus den Bereichen Bauwesen und Apparatebau.

 

Hierfür wird durch den Projektpartner Vaku-Isotherm aufbauend durch numerische und labortechnische Untersuchungen der TU Dortmund eine Aufbereitungs- und Mischtechnologie zur Herstellung des Stützkerns auf Basis von nachhaltiger Filterasche entwickelt. Mit Hilfe dieses Stützkerns entwickelt TU Dortmund VIP-Elemente sowie die dafür erforderliche Fertigungstechnologie. Im Bereich der Anwendungsentwicklung werden durch die Forschungseinrichtung ISE Anwendungskonzepte im Bauwesen wie der Außenwanddämmung sowie der Schwerlastfußbodendämmung und durch das KMU HSI ein hochgedämmter LNG-Tank entwickelt.

 

Der Innovative Lösungsansatz beinhaltet:

  • Entwicklung eines anforderungsgerechten Stützkerngemisches bestehend aus ausgewählten Filteraschen/-gemischen
  • Herstellungstechnologie zur Herstellung eines Vakuumdämmelementes
  • Produktentwicklung hochdämmender nachhaltiger kostengünstiger vakuumisolierter Bauelemente für das Bauwesen
  • Produkt- und Technologieentwicklung eines hochwärmegedämmten und energieeffizienten Kältespeichers am Beispiel eines LNG-Tanks unter Verwendung innovativer Filteraschestützkerngemische

Gesamtzielstellung                            LNG-Tank

Mit dem FuE-Vorhaben werden folgende technische Funktionalitäten der in den Finalprodukten anzuwendenden technischen Parameter für den zu entwickelnden nachhaltigen Werkstoff angestrebt:

  • Wärmeleitfähigkeit λ ca. 7 mW/(m·K)
  • preiswertes Kernmaterial (Filterasche über 90 % preiswerter im Vergleich zu pyrogener Kieselsäure),
  • ressourcenschonendes Ausgangsmaterial durch Verwendung von Sekundärrohstoff und die Recyclingfähigkeit nach der Nutzungsdauer,
  • angestrebt wird die teilweise Substitution der pyrogenen Kieselsäure durch Filteraschen,
  • hochwärmegedämmte Gebäudeisolation mittels nachhaltiger Filterasche-VIP
  • hochwärmegedämmte LNG-Speicher

Die Bearbeitung des FuE-Vorhabens erfolgt durch das Projektkonsortium:

Gefördert durch:

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